CN101644231B - 换气照明两用风力发电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种换气照明两用风力发电机,属于新能源供电系统设备技术领域,包括:主机(9)与球托(8)连接,主轴(6)固定在机架(10)上,上端通过主轴承(4)支承风轮(5)和助动风轮(2),顶部连接助动风口(3),机架(10)套接在机座(12)上,以及控制盒、止动器、为主要部件组成;特征是:主机内设有通风冷却装置和自动监控调速系统,克服了永磁体因温升过热造成的退磁老化问题,风力发电机在低风速下难以启动或高风速中发电效率低、输出不稳定、噪音大等问题,缩小和减轻了发电机的重量和体积,大幅度地降低了制造成本。产品不仅具有广阔的市场潜力,而且,一机多能、免费通风换气、免费供电照明、对于缓解目前与日俱增的城市用电量来说,具有事半功倍的效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种换气照明两用风力发电机,属于新能源技术领域,特别涉及一种将建筑通风换气和照明溶于一体的风力发电设备。
背景技术
在现有技术中,风力发电机只限于发电功能,没有将室内通风换气和照明功能溶于一体,以发挥更大的节能潜力和应用范围。由于自然界的风速始终处于不断变化之中,大多数气候和时间处在微风状态,所以,设计和选择优良的发电机和风轮、以及两者结构之间的有机结合是实现上述目标的首要条件之一。
发明内容
本发明的技术方案:
一种换气照明两用风力发电机,包括:主机9的外转子与球托8连接,主轴6固定在机架10上,上端通过主轴承4支承风轮5和助动风轮2,顶部设有助动风口3,机架10上装置控制盒13、止动器14、照明灯具16通过导线15与控制盒连接,机架套接在机座12上组成;特征是:主机9内设有通风冷却装置和自动监控调速系统,通风冷却装置,由:设在主轴6上的出风孔22、设在下端盖26上的进风孔21、风道30构成,风道通过主机内部带走热量,同时,使风能利用率和通风换气率从下述渡经得以提高:1.利用室内空气与屋顶空气的温差和高低压差形成的引凤力,从内部推动风轮5和助动风轮2旋转;2.主机的温升、散热、和照明灯热量、促使风道中的空气加速循环上升,从助动风口3推动助动风轮旋转;3.屋顶外自然界风力从外部推动风轮5和助动风轮2旋转。
上述所说自动监控调速装置,由:嵌装在静盘23上的霍尔元件27、温度传感器28、线圈24、以及控制盒13中的单片机系统、为主要元件组成,线圈24是,可串、并联连接的绕组或可三相星形/三角形连接的绕组或者可双速或三速连接的绕组构成;当动盘18旋转,霍尔元件27从永磁体19中感应霍尔信号,通过信号线29传递给控制盒13的单片机系统,经运算处理、功率放大以后,由接触器执行自动切换上述线圈绕组的接线方式,使之与外界风速相匹配,从而调节、控制和稳定发电机的输出功率。
上述所说主轴6,由大口径钢管制成,长度可根据配置的风轮高度套接加长,直径至少是主机外壳直径的四分之一以上,选择比例在1∶0.25~0.6的范围,有利于扩展通风量和缩短转子与定子之间的直径距离,提高动态平衡、减轻重量、降低成本、快速散热,改善换气和发电能力。
上述所说风轮5和助动风轮2为涡轮式风轮:由薄片金属材料压制成若干涡轮角度的叶片,下端围成圆形固定在球托8上,上端与防雨盖1固定,构成球形的涡轮式风轮,该涡轮式风轮运转时,在内部形成负压,使内部空气与外部空气形成对流,进一步推动风轮旋转,达到良好的通风和发电效果。
上述所说主机9,选择永磁叠加型发电机,主要采用永磁体19,嵌装固定在动盘18内,静盘23套装在主轴6上,由端盖17和26中的轴承20支承,端盖上设有凹槽或凸槽,该凹槽与动盘18的凸槽卡接,螺栓25将端盖固定在动盘上,静盘23内嵌装线圈24、霍尔元件27、温度传感器28、导线15和信号线29穿过管路与控制盒13以及负载连接。
实践中,交流发电机的转速与磁极数成反比,当磁极数确定以后,发电机的转速与输出电压、频率成正比;因此,可以使用改变磁场极数的接线法或改变输出电压的接线法,来实现发电机与风轮的转速相匹配,所以,单相发电机线圈23可用绕组串、并联的接线方法;三相发电机则用星形/三角形转换的接线方法解决。
例如,当发电机在20极,300转/分时,线圈25的绕组是串联接线,正常发电,由于外界风速增强,转速超过600转/分以上时,自动监控调速装置就发出指令,控制盒13自动控制执行切换,通过接触器将线圈24切换成并联的接线方法或者星形/三角形的接线方式,进行匹配,使发电机在自然风速环境中的适用宽度提高一倍以上。
上述所说控制盒13内设有单片机系统、功率放大电路、自动充电电路、以及接触器、显示电路板为主要元件组成的普通自动控制电路,附设锂电池、超级电容蓄电池以克服蓄电池使用寿命短的缺陷。
上述所说的温度传感器28为1只或每片静盘装1只,采集到的温升信息由信号线29传递给控制盒13内的单片机系统,自动检测线圈和主机温升,若出现异常时,则自动存储记录、显示报警、直至关闭该片绕组的输出电路,以确保发电机的运行安全。
上述所说机架10由不锈钢材料制成,十字支架101外侧与机架10的圆形圈片焊接,内侧与空心圆盘1011焊接,主轴6通过圆盘1011中的横档定位,由螺母固定。
上述所说止动器14,由不锈钢材料制成匚型,侧面开有长孔,螺栓通过长孔将止动器定位在机架10的外侧,松动螺栓,移动止动器使上端与球托8下边凹槽缺口衔接,就能停止或锁定风轮5转动,以方便安装检修时使用。
上述所说灯具16为超高功率型大功率LED灯或超高功率型大功率LED投光灯具,以求亮度高、射程远、体积小、节能环保、稳定性好等优点;灯具电路和光敏电阻11与控制盒13连接,灯具16由光敏电阻自动控制。
上述所说主机9,并不只限于使用永磁叠加型发电机,也可以使用其他类型的垂直轴发电机、永磁垂直轴发电机、垂直轴磁浮式发电机替代,只要采用上述通风冷却装置、助动风口装置、自动监控调速系统、大口径钢管制作主轴的方法、的任何一项,加以适当改进,即可与之配套,因此,采用上述发明中所说的任何一项,制成的换气照明两用风力发电机均应列入本发明的保护范围。
综上所述,本发明所述换气照明两用风力发电机与众不同之处在于:1.发电主机内部设有通风冷却装置,克服了发电机运行时所产生的散热问题,解决了永磁体因过热造成的退磁老化问题,提高了发电能力和使用寿命。2.设置了助动风口装置,促使发电机在微风下启动和运行,扩大了风力发电机的使用范围。3.设置了自动监控调速系统,采用霍尔元件、温度传感器、单片机微型计算机技术,自动监控和调节转速,稳定输出功率等手段,克服了风力发电机在低风速下难以启动或高风速中发电效率低、输出不稳定、噪音大等现实问题,确保了发电机的运行安全。4.采用了大口径钢管制作主轴的方法,大大地缩小和减轻了发电机的重量和体积,大幅度地降低了制造成本。5.采用锂电池、超级电容蓄电池以克服现有电解蓄电池使用寿命短的缺陷。根据上述发明优点,换气照明两用风力发电机这一新能源项目,得以全面推广,进一步造福人类,必将成为现实。
本发明的换气照明两用风力发电机适用于:工厂、候车室、公共场所、医院、值班室、卫生间、公共厕所、等等需要通风换气和照明的场所,产品不仅具有广阔的市场潜力,而且,一机多能、免费通风换气、免费供电照明、对于缓解目前,与日俱增的城市用电量来说,具有事半功倍的效果。
本发明的有益效果是:结构简单、部件少、耗材小、重量轻、体积小、成本低、节能环保、制作工艺简单、易于流水线大批量生产,同时,换气照明效率高,输出功率稳定、运行安全、使用寿命长、适用范围广阔。
附图说明
附图1,一种换气照明两用风力发电机的结构原理剖示图。
附图2,一种换气照明两用风力发电机主机的结构原理剖示图。
附图3,一种换气照明两用风力发电机机架的结构俯视图。
具体实施方式
以下实施例并不构成对本发明保护范围的任何限制。
附图:1~2中:1.防雨罩,2.助动风轮,3.助动风口,4.主轴承,5.风轮,6.主轴,7.防尘罩,8.球托,9.主机,10.机架,11.光敏电阻,12.机座,13.控制盒,14.止动器,15.导线,16.灯具,17.端盖,18.动盘,19.永磁体,20.主轴承,21.进风孔,22.通风孔,23.静盘,24.线圈,25.螺栓,26.下端盖,27.霍尔元件,28.温度传感器,29.信号线,30.风道。
实施例:附图1所示,一种换气照明两用风力发电机的结构原理剖示图。将主机9固定在机架10上,机架外侧设有一个限止风轮转动的止动器14,机架10套接在机座12上端,机座下端固定在屋顶上、构成通风道,主轴6由大口径不锈钢管制成,主轴上装有防尘罩7,主轴的加长管通过主轴承4装置在风轮5上端,助动风轮2装置在风轮5上面,主轴承4具有平衡和支撑风轮重量的作用;弧型的助动风口3,套接在主轴6的加长管顶端,利用空气引风力,向助动风轮吹风,促使助动风轮旋转;制造较大功率的发电机,由于风轮较大,可以增设助动风机或助动器来解决。控制盒13设置在机架10上,控制盒内设有单片机系统、功率放大电路、自动充电电路、以及接触器、显示电路板为主要元件组成的普通输出控制电路,并附设锂电池、超级电容蓄电池以克服现有蓄电池使用寿命短的缺陷。制作较大功率的发电机可另设电控箱和附设超级电容、蓄电池组、逆变器,便于控制大型发电机的正常运转。
实施例:附图2所示,一种换气照明两用风力发电机主机的结构原理剖示图。作为优选,主机9选择永磁叠加型发电机,磁钢体19,采用钕铁硼磁钢,固定在动盘18内,静盘23套装在设有风道的主轴6上,由端盖17和下端盖26中的轴承20支承,端盖上设有凹槽或凸槽,凹槽与动盘18的凸槽卡接,螺栓25将端盖固定在动盘18上,静盘23内嵌装线圈24、霍尔元件27,温度传感器28,导线15和信号线29穿过管路与控制盒13以及负载电路连接;风道30与进风孔21、通风孔22、助动风口3、球托8、机架10、机座12内的通风道相通。
实施例:附图3所示,一种换气照明两用风力发电机机架的结构俯视图。机架10由不锈钢材料制成,十字支架101外侧与机架10的圆形圈片焊接,内侧与可固定主轴6的空心圆盘1011焊接,主轴6下端通过圆盘1011中的横档定位,由螺母固定。
止动器14,由不锈钢材料制成匚型,上端可以与球托8下边缺口凹槽衔接,侧面开有长孔,螺栓通过长孔将止动器14定位在机架10的外侧,松动螺栓,上下移动止动器14就能够停止或松开风轮5,扭紧螺栓就能锁定风轮转动,以供安装、检修时使用。
实施例:作为优选,灯具16选择超高功率型大功率LED灯或超高功率型大功率LED投光灯具,当然也可以选择其他类型相适应的灯具使用,灯具电路和光敏电阻11与控制盒13连接,灯具16由光敏电阻自动控制。
综上所述,本发明的特征和优点是显而易见的,具有巨大的经济效益和市场潜力。根据上述实施例和工作原理,有些聪明的制造商稍微改变或试图减少某一另件而制造的雷同产品,也属于本发明的保护范畴之例。
Claims (7)
1.一种换气照明两用风力发电机,其中:主机(9)的外转子与球托(8)连接,主轴(6)固定在机架(10)上,主轴上端通过主轴承(4)支承风轮(5)和助动风轮(2),主轴顶部设有助动风口(3),机架(10)上装置控制盒(13),止动器(14),照明灯具(16)通过导线(15)与控制盒连接,机架套接在机座(12)上;特征是:主机(9)选择永磁叠加型发电机,采用永磁体(19),嵌装固定在动盘(18)内,静盘(23)固定在主轴(6)上,静盘由上、下端盖(17、26)中的轴承(20)支承,上、下端盖上设有凹槽或凸槽,该凹槽与动盘(18)的凸槽卡接,螺栓(25)将上、下端盖固定在动盘上,静盘(23)内嵌装的线圈(24)、霍尔元件(27)、温度传感器(28)通过导线(15)或信号线(29)连接,导线(15)和信号线(29)穿过管路与控制盒(13)以及负载连接;并设有通风冷却装置和自动监控调速系统,通风冷却装置由:设在主轴(6)上的出风孔(22)、设在下端盖(26)上的进风孔(21)、风道(30)构成,所说自动监控调速系统主要由嵌装在静盘(23)上的霍尔元件(27)、温度传感器(28)、线圈(24)、以及控制盒(13)中的单片机系统组成,线圈(24)由可串、并联连接的绕组或可三相星形/三角形连接的绕组或者可双速或三速连接的绕组构成;当动盘(18)旋转,霍尔元件(27)从永磁体(19)中感应霍尔信号,通过信号线(29)传递给控制盒(13)的单片机系统,经运算处理、功率放大以后,由接触器执行自动切换上述绕组的接线方式,使之与外界风速相匹配,从而调节、控制和稳定发电机的输出功率。
2.根据权利要求1所述的换气照明两用风力发电机,特征是:所说主轴(6),由大口径钢管制成,长度能够根据配置的风轮高度套接加长,直径是主机外壳直径的四分之一以上,主机外壳直径与主轴直径比例在1∶0.25~0.6的范围。
3.根据权利要求1所述的换气照明两用风力发电机,特征是:所说支承风轮(5)和助动风轮(2)为涡轮式风轮:由薄片金属材料压制成若干涡轮角度的叶片,下端围成圆形固定在球托(8)上,上端与防雨盖(1)固定,构成球形的涡轮式风轮,该涡轮式风轮运转时,在内部形成负压,使内部空气与外部空气形成对流,进一步推动风轮旋转,达到良好的通风和发电效果。
4.根据权利要求1所述的换气照明两用风力发电机,特征是:所说控制盒(13)内设有主要由单片机系统、功率放大电路、自动充电电路、以及接触器、显示电路板组成的普通自动控制电路,附设锂电池、超级电容蓄电池以克服蓄电池使用寿命短的缺陷。
5.根据权利要求1所述的换气照明两用风力发电机,特征是:所说的温度传感器(28)为1只或每片静盘装1只,采集到的温升信息由信号线(29)传递给控制盒(13)内的单片机系统,自动检测线圈和主机温升,若出现异常时,则自动存储记录、显示报警、直至关闭绕组的输出电路,以确保发电机的运行安全。
6.根据权利要求1所述的换气照明两用风力发电机,特征是:所说机架(10)由不锈钢材料制成,十字支架(101)外侧与机架(10)的圆形圈片焊接,内侧与空心圆盘(1011)焊接,主轴(6)通过空心圆盘(1011)中的横档定位,由螺母固定。
7.根据权利要求1所述的换气照明两用风力发电机,特征是:所说止动器(14),由不锈钢材料制成“匚”型,侧面开有长孔,螺栓通过长孔将止动器定位在机架(10)的外侧,松动螺栓,移动止动器使上端与球托(8)下边凹槽缺口衔接,就能停止或锁定风轮(5)转动,以方便安装检修时使用。
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